SDN的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了好幾年了，而云計(jì)算的歷史更長(zhǎng)，兩者的結(jié)合更是作為SDN的一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用在近兩年炒得火熱，一些知名咨詢公司的關(guān)于SDN逐年增加的市場(chǎng)份額的論斷，也主要是指SDN在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

關(guān)于SDN在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，目前有兩個(gè)主要的流派，一個(gè)是VMware為代表的”軟”派，另外一個(gè)則是以思科為代表的“硬”派。前者主要是指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案的核心邏輯都是實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器中的Hypervisor之上，物理網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)管道;而后者則是指網(wǎng)絡(luò)虛擬化的核心邏輯實(shí)現(xiàn)在物理網(wǎng)絡(luò)中(主要邊緣的機(jī)頂交換機(jī)，即TOR)，只有交換機(jī)實(shí)現(xiàn)不了的部分才放到服務(wù)器或者別的專用設(shè)備中。這兩種方案各有千秋，也各有粉絲。

但是世界從來都不是單極的，也不是兩極，而是多極，現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中有很多各種非常規(guī)的需求，這些需求并不是靠這兩個(gè)方案就可以解決的，或者說雖然他們能解決，但是不是最優(yōu)的，包括實(shí)現(xiàn)難度、性能和價(jià)格。作為一個(gè)長(zhǎng)期使用硬件SDN為用戶提供解決方案的從業(yè)者，我在這里想來介紹一下現(xiàn)實(shí)世界中硬件SDN交換機(jī)是如何來解決一些云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的特定場(chǎng)景需求的，這些需求無論公有云還是私有云都可能會(huì)碰到，私有云(包括托管云)居多，因?yàn)槎ㄖ频男枨笤谒接性浦懈Ｒ姟?span>

需要特別說明的是，這里的這些場(chǎng)景，用思科的ACI都可以做到，因?yàn)楸举|(zhì)上ACI的思路也是用硬件SDN來支持網(wǎng)絡(luò)虛擬化。但是由于很多用戶因?yàn)楦鞣N原因并不想使用思科ACI(如價(jià)格太貴、廠商鎖定、國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)等)，所以他們需要另外的方案(我并不是說ACI不好，相反，純粹從技術(shù)的角度，我個(gè)人很欣賞ACI)。

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)對(duì)SDN控制器和交換機(jī)的定制要求

很多人對(duì)SDN交換機(jī)在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用都會(huì)有一些誤解。最典型的誤解有兩個(gè)，一個(gè)是總有人問，你們用的控制器是哪個(gè)控制器?能跟OpenDayLight/Ryu/ONOS對(duì)接嗎?另外一個(gè)則是，覺得只要拿一臺(tái)SDN交換機(jī)來，就可以支持云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，無論是哪個(gè)廠商的哪種SDN交換機(jī)。之所以有這兩個(gè)誤解，是因?yàn)楹芏嗳诉€沒理解到SDN就意味著跟應(yīng)用相關(guān)的定制，以為隨便拿著一個(gè)通用的東西就可以來做云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)了。云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)作為一種特定的SDN場(chǎng)景，其控制器通常都是專門針對(duì)云計(jì)算這個(gè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，功能單一，就是完成云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的需求，甚至都可能沒有顯式的控制器，而是隱藏在云平臺(tái)里面(比如直接實(shí)現(xiàn)在OpenStack Neutron Server中的代碼邏輯)。這種場(chǎng)景中的控制器沒法用作通用SDN控制器，反之，通用SDN控制器也沒法直接用于云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。至于第二個(gè)問題為什么說是誤解，那也就很容易理解了，連控制器都需要為云計(jì)算場(chǎng)景定制，更不要說SDN交換機(jī)了。所以并非是隨便拿一個(gè)SDN交換機(jī)過來就能支持云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，而需要有專門的深度定制。比如我們盛科網(wǎng)絡(luò)，就專門針對(duì)這個(gè)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器和交換機(jī)功能。

場(chǎng)景1：使用硬件SDN交換機(jī)提升性能

在這種場(chǎng)景中，用戶使用Tunnel Overlay的方式部署網(wǎng)絡(luò)虛擬化。但是由于vSwitch對(duì)Tunnel(VxLAN或者NvGRE)的操作對(duì)性能影響比較大(吞吐量偏低，延時(shí)偏大，抖動(dòng)比較大，具體影響大小要看每個(gè)公司對(duì)它的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化)，所以這個(gè)時(shí)候可以借助SDN TOR交換機(jī)來進(jìn)行tunnel offload，把對(duì)性能影響比較大的tunnel操作offload到SDN TOR交換機(jī)上，其它所有操作保持在服務(wù)器中不變，邏輯上可以認(rèn)為SDN TOR交換機(jī)是vSwitch的擴(kuò)展。如果更進(jìn)一步，則可以把分布式東西向L3 Gateway也放到SDN TOR上，這樣SDN TOR等于是深度參與到網(wǎng)絡(luò)虛擬化中。

并非所有用戶都認(rèn)可這種模式，但是有人喜歡。目前這種場(chǎng)景我們已經(jīng)在幾個(gè)中小型的私有云和某著名IDC云中部署了，對(duì)這些云最大的幫助就是優(yōu)良的性能和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)流程見下圖。

場(chǎng)景2：使用硬件SDN交換機(jī)接入物理服務(wù)器

在不少人的理解中，以為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心里面，所有的服務(wù)器都虛擬化了，實(shí)際上這個(gè)理解跟事實(shí)相去甚遠(yuǎn)，不僅在很多公有云和私有云中有大量物理服務(wù)器存在，甚至有些云里面物理服務(wù)器還占了大頭。我接觸到的絕大多數(shù)真正有大量客戶實(shí)踐的云，基本上都有這個(gè)需求。原因也多種多樣，有的是現(xiàn)存的一些老的服務(wù)器沒有虛擬化能力，有的是客戶要跑一些非常消耗資源的應(yīng)用，使用虛機(jī)性能太差或者性能不可預(yù)測(cè)，有的是客戶的某些服務(wù)器是定制化的服務(wù)器，有的是出于安全考慮，從物理上就不想跟別人共享，還有的則是用戶自帶服務(wù)器，壓根就不想云服務(wù)提供商來動(dòng)，等等，總之原因是千奇百怪，但是都是客戶真實(shí)需求。

對(duì)于這個(gè)需求，如果使用Vlan組網(wǎng)，那還是比較容易搞定的，不用SDN交換機(jī)也勉強(qiáng)可以，因?yàn)橐龈綦x的話，直接在普通交換機(jī)上配置Vlan就行了。但是一旦使用Tunnel，那問題就來了，Tunnel VTEP配置在哪里?有人說可以在服務(wù)器上只起一個(gè)虛機(jī)，然后也安裝vSwitch，這樣當(dāng)然也可以做，但是性能受損，不是客戶希望的，相當(dāng)于欺騙客戶;還有人說專門設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的vSwitch，安裝在服務(wù)器上，這樣理論上肯定也行，但是工作量就大了(不僅僅是設(shè)計(jì)這個(gè)vSwitch的工作量，還有云平臺(tái)控制的工作量)，一般人搞不定。更何況，如果是用戶自帶設(shè)備根本不想你去動(dòng)，這兩種辦法都行不通。對(duì)于這個(gè)場(chǎng)景，包括VMware在內(nèi)的很多專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案提供商，一般的做法都是通過一臺(tái)硬件SDN交換機(jī)作為VTEP Gateway，來將這些物理服務(wù)器接入到虛擬網(wǎng)絡(luò)中去，物理服務(wù)器不需要做任何事情。而且這種場(chǎng)景對(duì)作為VTEP Gateway的SDN交換機(jī)來說，還有一個(gè)比較重要的要求，是目前用某大牌交換芯片的所有交換機(jī)都做不到的，那就是需要交換機(jī)既能支持Tunnel bridging，也能支持Tunnel Routing(否則沒法做分布式L3 Gateway)，當(dāng)前用該大牌芯片的交換機(jī)只能支持前者，無法支持后者。思科的ACI之所以能支持后者，是因?yàn)樗麄冇昧俗约阂活w芯片。當(dāng)然，該芯片提供商后面的芯片據(jù)說會(huì)解決這個(gè)問題。

盛科網(wǎng)絡(luò)的SDN交換機(jī)，用的是自研交換芯片，從第一代芯片開始就支持Tunnel bridging & routing。 目前針對(duì)這個(gè)場(chǎng)景的SDN交換機(jī)已經(jīng)大量部署和即將部署在多個(gè)公有云中。該場(chǎng)景架構(gòu)見下圖(注：SDN的控制協(xié)議未必是OpenFlow，也可以是私有協(xié)議)

場(chǎng)景3：使用硬件SDN交換機(jī)接入硬件防火墻

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中使用硬件防火墻，這個(gè)很常見。特別是企業(yè)私有云，托管云，甚至公有云里面也有。很多用戶明確提出，我原來用我的硬件防火墻用得很好，你要讓我上云可以，一定要把我的硬件防火墻用起來。那問題就來了，以前在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，用戶數(shù)據(jù)想經(jīng)過防火墻，很簡(jiǎn)單，把防火墻串接在網(wǎng)絡(luò)出口或者配置一個(gè)ACL把流引過去就可以了。但是在云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)里面，有可能某個(gè)防火墻只是為某幾個(gè)用戶或者某一組應(yīng)用服務(wù)的，甚至這個(gè)防火墻壓根就這個(gè)用戶自帶的，你不能把它物理上串接在網(wǎng)絡(luò)出口，必須要將流量引到放在某個(gè)機(jī)柜的防火墻上，但是這個(gè)時(shí)候用傳統(tǒng)ACL不合適，因?yàn)?span>VM是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的，策略也可能動(dòng)態(tài)變化，你需要?jiǎng)討B(tài)在交換機(jī)上配置ACL。用什么來做最合適?毫無疑問是SDN交換機(jī)，動(dòng)態(tài)策略跟隨，本來就是SDN的強(qiáng)項(xiàng)，思科的ACI最核心的東西就是動(dòng)態(tài)策略跟隨。

如果云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中使用了Tunnel，那問題會(huì)更麻煩，因?yàn)楹芏嘤布阑饓Σ恢С?span>Tunnel，必須要有另外一個(gè)地方終結(jié)Tunnel，然后將Tunnel轉(zhuǎn)換成Vlan送到防火墻，誰來做這個(gè)事情最合適?毫無疑問，那就是支持Tunnel的SDN交換機(jī)。

有人說這樣的話防火墻仍然會(huì)受4K Vlan的限制。其實(shí)不然，因?yàn)?span>Tunnel向Vlan轉(zhuǎn)換的時(shí)候，這里的Vlan可以是每端口唯一的，而不需要是全局唯一的。當(dāng)然，這個(gè)也需要交換機(jī)能支持才行。盛科的SDN交換機(jī)就可以很好地支持這個(gè)需求。

場(chǎng)景4：使用硬件SDN交換機(jī)支持多個(gè)Hypervisor混合組網(wǎng)

說是多個(gè)Hypervisor，其實(shí)最多的還是說VMware跟其它Hypervisor的混合組網(wǎng)。因?yàn)闊o論是KVM還是Xen，那些開源的云平臺(tái)或者第三方中立的私有云平臺(tái)都能支持得很好，云平臺(tái)可以完全控制這些Hypervisor。但是VMware是一個(gè)閉源的Hypervisor，沒辦法隨心所欲控制。很多客戶都用了VMware以前的老產(chǎn)品，現(xiàn)在VPC比較熱，無論是趕時(shí)髦也好，還是真的有需求也好，他們都想能支持VPC，特別是基于Tunnel Overlay的VPC。有人說，那好辦啊，VMware不是有NSX專門來干這事嗎?盡管它提供了對(duì)OpenStack的driver，但是NSX非常貴，一般客戶用不起或者覺得不劃算。這些客戶要引入一些開源的KVM，XEN，但是又不想丟棄以前的VMware，還想讓這些Hypervisor一起組成VPC網(wǎng)絡(luò)。那怎么辦呢?

一個(gè)有效的解決方案就是使用SDN交換機(jī)接入使用了VMware的服務(wù)器，云平臺(tái)調(diào)用vCenter的接口配置VMware，使用Vlan標(biāo)識(shí)租戶的network，然后在SDN交換機(jī)上，將Vlan轉(zhuǎn)換成Tunnel，如果要讓VM的流量送到防火墻去做過濾，也都可以通過SDN交換機(jī)去做。該方案已經(jīng)由我們的一個(gè)行業(yè)云服務(wù)提供商合作伙伴成功在其行業(yè)客戶中部署，該行業(yè)客戶群大量使用了VMware產(chǎn)品。而且我們發(fā)現(xiàn)有類似需求的私有云很多，說白了就是不想花錢買NSX，而又想有某些NSX的功能。該方案架構(gòu)見下圖。

場(chǎng)景5：使用硬件SDN交換機(jī)按需部署Vlan

這個(gè)場(chǎng)景不算是剛需，有些客戶不在乎，但是也有客戶在乎。當(dāng)前很多小型私有云中，還是使用了Vlan的組網(wǎng)方式，畢竟簡(jiǎn)單易部署，且性能好。但是用Vlan來組網(wǎng)除了擴(kuò)展性不如Tunnel Overlay之外，它還有另外一個(gè)小問題，因?yàn)?span>VM可以隨便遷移，而每個(gè)VM都綁到一個(gè)特定Vlan，當(dāng)VM遷移走的時(shí)候，Vlan也需要跟著遷移。而在Vlan組網(wǎng)的方案里面，Vlan必須對(duì)中間的物理網(wǎng)絡(luò)可見，這就意味著交換機(jī)端口上的Vlan配置要經(jīng)常動(dòng)態(tài)變化。為了規(guī)避這個(gè)問題，現(xiàn)在一般的做法都是預(yù)先把所有可能用到的vlan在所有的交換機(jī)的所有端口上都全部使能。這樣帶來的問題是，所有廣播(如ARP/DHCP)、組播、未知單播的報(bào)文每次都會(huì)被發(fā)送到整個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的所有服務(wù)器上，最終在服務(wù)器里面才丟棄，這種做法一方面浪費(fèi)了帶寬，另外一方面也有潛在的安全問題。

對(duì)于這種問題的一個(gè)很簡(jiǎn)單的解決方案就是引入SDN交換機(jī)，動(dòng)態(tài)按需去配置Vlan。

總結(jié)

對(duì)于SDN交換機(jī)在上述場(chǎng)景中的應(yīng)用，用一句話來總結(jié)，就是運(yùn)用之妙存乎一心。現(xiàn)實(shí)中的需求真的是千奇百怪，我這里列出來的還都是相對(duì)有一些共性，大家容易理解的需求。還有一些一般人理解不了的，甚至我都無法理解的需求，都還沒列出來。面對(duì)這些需求的時(shí)候，通常你是別指望用常規(guī)手段能去解決，而SDN，或許就能幫你一臂之力，這也許就是SDN的魅力之一吧。當(dāng)然，這里說的SDN交換機(jī)，不一定是OpenFlow交換機(jī)，更多的時(shí)候，通過在傳統(tǒng)交換機(jī)里面引入一個(gè)Cloud Agent，提供開放的API(JSON RPC或者REST API)，也許是一種更好的接地氣的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)樗烊豢梢愿鷤鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無縫對(duì)接，并且不需要對(duì)匯聚和核心設(shè)備有任何特殊需求，這是我們?cè)谇О俅蔚膶?shí)踐中總結(jié)出的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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